KR102535857B1 - 공압 밀봉된 투관침의 성능을 제어하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

공압 밀봉된 투관침의 성능을 제어하기 위한 시스템 및 방법이 개시되며, 여기서 시스템은 가변 DC 전압을 DC 모터에 전달하기 위한 제어기, 공압 밀봉된 투관침에 작동적으로 연결된 펌프를 구동하도록 제어기에 작동적으로 연결된 DC 모터, 공압 밀봉된 투관침을 통해 가압 가스를 순환시키기 위해 DC 모터에 의해 구동되는 펌프, 및 펌프와 공압 밀봉된 투관침 사이의 압력 및 흐름 매개변수를 감지하여 피드백 제어 신호를 제어기에 제공함으로써 제어기가 DC 모터에 전달된 전압을 변경하여 복강경 수술 절차 동안 펌프의 출력 압력과 흐름에 영향을 미치게 하는 센서를 포함한다.

Description

공압 밀봉된 투관침의 성능을 제어하기 위한 시스템 및 방법

본 개시는 수술용 액세스 장치와 함께 사용하기 위한 가스 전달 시스템에 관한 것이며, 더 구체적으로는 내시경 또는 복강경 수술 절차에 사용되는 공압 밀봉된 투관침의 성능을 제어하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2017년 11월 20일에 출원된 미국 특허 출원번호 제15/817,897호에 대한 우선권의 이익을 주장하며, 본 개시는 그 전체가 원용에 의해 본 출원에 포함된다.

예를 들어, 일반 양도된 미국 특허 제7,854,724호 및 미국 특허 제8,795,223호에 개시된 것과 같은 공압 밀봉된 투관침은 전자 기계 제어 시스템을 통해 작동될 수 있다. 이러한 제어 시스템은, 예를 들어 일반 양도된 미국 특허 제8,715,219호, 미국 특허 제8,961,451호, 및 미국 특허 제9,295,490호에 개시된다. 이들 시스템은 최소 침습 복강경 또는 내시경 수술에 대해 정해진 압력 구배를 생성하는 투관침 내부의 공압 또는 기체 시일을 생성하고 유지하는 기능을 한다. 이들 수술의 당업자(예컨대, 의사 또는 간호사)는 해부학의 가시화 및 취입술의 다른 이점을 보다 양호하게 가능하게 하기 위해 특정 압력에 수술 공동을 가압(침입)하도록 선택할 수 있다. 위에서 참조된 일반 양도된 특허 각각은 그 전체가 원용에 의해 본 출원에 포함된다.

전자 기계 제어 시스템을 통해 공압 밀봉된 투관침을 작동시킬 때, 그의 성능 거동 및/또는 특성을 변화시키기 위해 투관침에 공급되는 공압력을 조절하는 것이 유리할 수 있다. 설계 및 제작 차이점은 공압 밀봉된 투관침을 밀봉하는 데 필요한 공압 전력의 변동을 허용할 수 있다. 이는 설계, 제작 가변성, 필요한 시일의 면적(즉, 5 mm 투관침 대 12 mm 투관침), 효율, 저항 및 다른 인자에 의해 영향을 받을 수 있다.

공압 밀봉된 투관침을 밀봉하는 데 필요한 공압력은 또한, 공압 시일에 의해 유지되는 압력 구배의 크기에 의존한다. 예를 들어, 수술 팀은 15 mmHg 내지 주위 압력(0 mmHg)의 구배를 유지하기 위해 공압 밀봉된 투관침에 공압 시일을 요구하는 15 mmHg 까지 환자를 침입하도록 선택할 수 있다. 이러한 시일(구배)을 유지하는 데 필요한 힘은, 예를 들어 10 mmHg 내지 0 mmHg 의 구배를 유지하는 데 필요한 힘보다 더 크다.

또한, 공압 밀봉된 투관침의 정상 작동 동안 규칙적인 교란 또는 동요가 예상될 수 있다. 이들은 (예를 들어, 호흡 또는 근육 운동으로부터) 흡입된 공동에 대한 생리 주도적 변화, 및 (공동에 대해 가압하는 외과의사나 수술 기구로부터), 또는 공압 밀봉된 투관침의 시일을 통한 기구 또는 시편의 통행으로부터 흡입된 공동에 인가된 외력을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.

따라서, 공압 밀봉된 투관침을 작동시키는 전기 기계적 제어 시스템은 이들 교란에 반응하기 위해 실시간으로 해당 투관침에 공급되는 힘을 조절하고 명시된 바와 같은 시일 및 압력 구배를 유지할 수 있어야 한다. 미국 특허 제8,715,219호에 개시된 제어 시스템은 투관침에 공급되는 공압력을 제어하는 전기-기계적 제어 밸브를 포함한다. 그 시스템에서, 펌프(전형적으로 AC 또는 교류 전류에 의해 구동됨)는 공압 회로에 압력 및 가스 흐름을 과잉 공급한다. 공압 밀봉된 투관침에 공급되는 공압력은 전기 기계 밸브를 조정하는 내장된 제어 시스템에 의해 조절된다.

시스템 또는 공압 엔지니어링 분야의 당업자는 공압 회로의 설계, 및 이러한 밸브가 "H" 또는 "바이패스" 밸브로서 역할을 하는 것을 이해할 것이다. 시스템 구현예에서의 AC 구동 펌프는 일정한 전력 출력을 공급하고, 전기-기계 밸브의 위치는 공압 밀봉된 투관침에 도달하는 전력의 백분율 및 펌프의 진공 흡입으로 다시 재활용되는 백분율을 제어한다.

당업자는 개선된 에너지 효율을 포함하는, 공압 밀봉된 투관침의 공압 제어를 위해 AC 기반 시스템에 비교한 DC 기반 제어 시스템의 사용에 대해 장점이 있다는 것을 쉽게 이해할 것이다. 따라서, AC 구동 펌프보다는, DC 구동 펌프를 통해 공압 밀봉된 투관침에 공급되는 공압력을 실시간으로 조절하도록 구성되는 제어 시스템을 제공하는 것이 유리할 것이다.

발명의 요약

본 발명은 내시경 또는 복강경 수술 절차 동안 공압 밀봉된 투관침의 성능 범위를 제어하기 위한 새롭고 유용한 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 구현예에서, 시스템은 가변 DC 전압을 DC 모터에 전달하기 위한 제어기, 공압 밀봉된 투관침에 작동적으로 연결된 펌프를 구동시키기 위해 제어기에 작동적으로 연결된 DC 모터, 공압 밀봉된 투관침을 통해 가압 가스를 순환시키기 위해 DC 모터에 의해 구동되는 펌프, 및 펌프와 투관침 사이의 압력 및/또는 흐름 매개변수를 감지함으로써 제어기가 DC 모터에 전달된 전압을 변경하여 펌프의 출력 압력과 흐름에 영향을 미치게 하는 센서를 포함한다. 바람직하게는, 시스템은 AC 입력 전압원 및 DC 전압을 제어기에 공급하기 위한 AC-DC 변환기를 더 포함한다.

본 발명의 다른 구현예에서, 시스템은 적어도 하나의 DC 모터에 가변 DC 전압을 전달하기 위한 제어기, 공압 밀봉된 투관침에 작동적으로 연결된 적어도 하나의 펌프를 구동시키기 위해 제어기에 작동적으로 연결되는 적어도 하나의 DC 모터, 공압 밀봉된 투관침을 통해 가압 가스를 순환시키기 위해 DC 모터에 의해 구동되는 적어도 하나의 펌프, 및 적어도 하나의 펌프와 공압 밀봉된 투관침 사이의 압력 및/또는 흐름 매개변수를 감지하여 적어도 하나의 피드백 제어 신호를 제어기에 제공함으로써 제어기가 적어도 하나의 DC 모터에 전달되는 전압을 변화시켜 내시경 또는 복강경 수술 절차 동안 적어도 하나의 펌프의 출력 압력 및 흐름에 영향을 미치게 하는 적어도 하나의 센서를 포함한다.

본 발명의 구현예에서, 적어도 하나의 센서는 적어도 하나의 펌프와 공압 밀봉된 투관침의 입구 포트 사이의 양압 및 흐름 매개변수를 감지하여 제어기에 제1 피드백 제어 신호를 제공하기 위한 제1 센서 및 적어도 하나의 펌프와 공압 밀봉된 투관침의 배출구 포트 사이의 음압 및/또는 흐름 매개변수를 감지하여 제어기에 제2 피드백 제어 신호를 제공하기 위한 제2 센서를 포함한다.

다른 구현예에서, 적어도 하나의 DC 모터는 공압 밀봉된 투관침에 연결된 적어도 하나의 양압 펌프를 구동하기 위한 적어도 제1 DC 모터 및 공압 밀봉된 투관침에 연결된 적어도 하나의 음압 펌프를 구동하기 위한 적어도 제2 DC 모터를 포함한다. 이러한 구현예에서, 적어도 하나의 센서는 제어기에 제1 피드백 제어 신호를 제공하기 위해 양압 펌프와 공압 밀봉된 투관침의 입구 포트 사이의 양압 및/또는 흐름 매개변수를 감지하기 위한 제1 센서, 및 제어기에 제2 피드백 제어 신호를 제공하기 위해 음압 펌프와 공압 밀봉된 투관침의 배출구 포트 사이의 음압 및/또는 흐름 매개변수를 감지하기 위한 제2 센서를 포함한다.

본 발명의 다른 구현예에서, 적어도 하나의 펌프는 병렬로 배열되고 적어도 하나의 DC 모터에 의해 구동되는 적어도 제1 및 제2 펌프를 포함한다. 제어기는 상이한 시스템 요건을 충족시키기 위해 동일하거나 상이한 출력 레벨에서 제1 및 제2 펌프를 제어하도록 적응되고 구성될 수 있음이 예상된다.

본 발명의 또 다른 구현예에서, 적어도 하나의 DC 모터 및 AC-대-DC 변환기는 성능 출력이 공급된 DC 전압을 조절하는 것만으로는 기술적으로 제어되지 않지만, DC 제어기의 일종으로서 함께 작동하는, 적어도 하나의 브러시리스 스테퍼 모터, 적어도 하나의 모터 드라이버, 및 펄스 발생기로 교체된다. 이러한 구현예에서 구성요소의 기계적 및 공압식 출력은 전술한 DC 모터 구현예에서와 같이, 전기 신호 조절에 의해 정밀하게 제어된다. 그러나, 이러한 경우, DC 전압을 조절하기보다는, 펄스 발생기로부터 제어되는 전기 펄스가 가변되고 브러시리스 스테퍼 모터를 구동하는 모터 드라이버에 공급된다.

더 구체적으로, 다양한 강도 및 길이의 전기 펄스가 모터의 자석에 의해 발생된 자기장의 움직임에 의해 스테퍼 모터의 정밀한 회전을 제어하는 데 사용될 수 있다. 이는 모터 거동뿐만 아니라 정확하고 반복 가능한 시작/정지 거동을 정확하게 제어할 수 있게 할 것이다.

본 발명은 또한, 공압 밀봉된 투관침의 성능 범위를 제어하기 위한 새롭고 고유한 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 공압 밀봉된 투관침을 통해 가압 가스를 순환시키기 위한 펌프를 제공하는 단계, DC 모터에 의해 펌프를 구동시키는 단계, 및 펌프와 공압 밀봉된 투관침 사이에서 흐르는 가스의 감지된 매개변수에 기초하여 DC 모터로 전달되는 전압을 제어하여 복강경 수술 절차 동안 펌프의 출력 압력과 펌프의 흐름에 영향을 주는 단계를 포함한다. 방법은 또한, 바람직하게는 펌프와 공압 밀봉된 투관침 사이에서 흐르는 가스의 압력 및/또는 흐름 매개변수를 감지하는 단계를 포함한다.

본 발명의 제어 시스템 및 방법 그리고 이를 사용하는 방식에 대한 이들 및 다른 특징은 후술되는 여러 도면과 함께 취한 본 발명의 바람직한 구현예에 대한 다음의 가능한 설명으로부터 당업자에게 보다 쉽게 자명해질 것이다.

당업자가 과도한 실험 없이 본 발명의 제어 시스템 및 방법을 사용하는 방법을 쉽게 이해할 수 있도록, 본 발명의 바람직한 구현예가 도면을 참조하여 아래에서 상세히 설명될 것이다.
도 1은 가변 전압 제어된 DC 모터에 의해 구동되는 양압 펌프를 포함하는 본 발명의 제어 시스템의 바람직한 구현예를 예시하는 개략적인 흐름도이다.
도 2는 제1 가변 전압 제어된 DC 모터에 의해 구동되는 양압 펌프 및 제2 가변 전압 제어된 DC 모터에 의해 구동되는 음압 펌프를 포함하는 본 발명의 제어 시스템의 다른 바람직한 구현예를 예시하는 개략적인 흐름도이다.
도 3은 병렬 DC 모터를 제어하는 두 개의 가변 전압에 의해 공압식으로 병렬로 연결되고 구동되는 2개의 양압 펌프를 포함하는 본 발명의 제어 시스템의 다른 바람직한 구현예를 예시하는 개략적인 흐름도이다.
도 4는 펄스 발생기로부터의 가변 전기 펄스에 의해 조절되는 모터 드라이버에 의해 제어되는 스테퍼 모터에 의해 구동되는 양압 펌프를 포함하는 본 발명의 제어 시스템의 다른 바람직한 구현예를 예시하는 개략적인 흐름도이다.
도 5는 펄스 발생기로부터의 가변 전기 펄스에 의해 조절되는 각각의 모터 드라이버에 의해 제어되는 각각의 스테퍼 모터에 의해 구동되는 2개의 양압 펌프를 포함하는 본 발명의 제어 시스템의 또 다른 바람직한 구현예를 도시하는 개략적인 흐름도이다.

유사한 도면 부호가 본 발명의 구현예의 유사한 특징 또는 양태를 식별하는 도면을 참조하면, 본 발명의 바람직한 구현예에 따라 구성되고 일반적으로 참조 부호 100으로 지정된, 내시경 또는 복강경 수술 절차 동안 공압 밀봉된 투관침의 성능 범위를 제어하기 위한 시스템이 도 1에 예시되어 있다.

도 1을 참조하면, 시스템(100)은 가변 DC 전압을 DC 모터(112)에 전달하기 위한 제어기(110)를 포함한다. DC 모터(112)는 공압 밀봉된 투관침(116)에 작동적으로 연결된 양압 펌프(114)를 구동하기 위해 제어기(110)에 작동적으로 연결된다. 펌프(114)는 DC 모터(112)에 의해 구동되어 가압 가스가 공압 밀봉된 투관침(116)을 통해 순환된다. 제1 센서(118)는 펌프(114)와 공압 밀봉된 투관침(116)의 입구 포트 사이의 양압 및/또는 흐름 매개변수를 감지하여 제어기(110)에 제1 피드백 제어 신호를 제공하기 위해 제공된다.

제2 센서(120)는 펌프(114)와 공압 밀봉된 투관침(116)의 배출구 포트 사이의 음압 및/또는 흐름 매개변수를 감지하여 제어기(110)에 제2 피드백 제어 신호를 제공하기 위해 제공된다. 제1 및 제2 피드백 제어 신호는 제어기(110)가 DC 모터(112)에 전달된 전압을 변화시켜 펌프(114)의 출력 압력 및/또는 흐름에 영향을 미칠 수 있게 한다. 시스템(100)은 AC 입력 전압원(122) 및 DC 전압을 제어기(110)에 공급하기 위한 AC-DC 변환기(124)를 더 포함한다.

도 2를 참조하면, 일반적으로 참조 부호 200으로 지정된, 본 발명의 제어 시스템의 다른 구현예가 예시되어 있다. 시스템(200)은 공압 밀봉된 투관침(216) 에 연결된 양압 펌프(214)를 구동하기 위한 제1 DC 모터(212) 및 공압 밀봉된 투관침(216)에 연결된 음압 펌프(314)를 구동하기 위한 제2 DC 모터(312)를 포함한다는 점에서 시스템(100)과 상이하다. 시스템(200)은 제어기(210)에 제1 피드백 제어 신호를 제공하기 위해 양압 펌프(214)와 공압 밀봉된 투관침(216)의 유입 포트 사이의 양압 및/또는 흐름 매개변수를 감지하기 위한 제1 센서(218) 및 제어기(210)에 제2 피드백 제어 신호를 제공하기 위해 음압 펌프(314)와 공압 밀봉된 투관침(216)의 배출구 포트 사이의 음압 및/또는 복귀 흐름 매개변수를 감지하기 위한 제2 센서(220)를 더 포함한다. 도 1의 이전 구현예에서와 같이, 시스템(200)은 AC 입력 전압원(222) 및 DC 전압을 제어기(210)에 공급하기 위한 AC-DC 변환기(224)를 더 포함한다.

이제 도 3을 참조하면, 도 1에 도시된 제어 시스템(100)의 변형된 버전이 예시되어 있다. 여기서, 시스템(100)은 각각의 DC 모터(112a 및 112b)에 의해 구동되는 2개의 양압 펌프(114a 및 114b)를 포함한다. 이들 펌프 및 모터는 시스템(100)의 공압력 성능을 증가시키기 위해 병렬로 배열되거나 달리 적층되고, 시스템 효율을 개선하기 위한 추가 제어 옵션을 제공한다. 또한, 2개의 DC 구동 펌프를 병렬로 배치함으로써, 2배의 공압 출력이 공급될 수 있다. 이 경우, 제어기 또는 CPU(110)는 시스템 요구에 따라서 펌프 중 하나 또는 둘 모두의 성능 출력을 제어한다.

예를 들어, 2개의 펌프(114a, 114b)가 각각 50 L/분 용량을 가지고 이들이 병렬로 조합되며, 시스템(100)의 작동 범위가 항상 50 L/분 내지 100 L/분을 필요로 하는 경우에, 제1 펌프(114a)는 시스템의 출력(즉, 50 L/분)의 100%로 항상 제어될 수 있는 반면에, 제2 펌프(114b)의 출력은 시스템 요건을 달성하기 위해 0 L/분 내지 50 L/분 사이로 가변적으로 제어될 수 있다.

대안적으로, 두 DC 구동 펌프(114a, 114b)는 동일한 출력 레벨로 제어될 수 있다. 예를 들어, 80 L/분 출력을 달성하기 위해, 두 펌프(114a, 114b)는 40 L/분 출력으로 제어될 것이다. 또는, 80 L/분 출력을 달성하기 위해, 2개의 펌프(114a, 114b)가 상이한 레벨로 제어될 수 있다. 예를 들어, 펌프(114a)는 45 L/분으로 제어될 수 있고 펌프(114b)는 35 L/분으로 제어될 수 있다.

다수의 모터 및 펌프를 갖는 이들 대안적인 구현예들 각각에서, 더 큰 DC 전력 공급(예를 들어, 2개의 12 V 모터를 공급하는 데 24 V)이 요구될 것이며, CPU(110)는 특정된 바와 같이 2개의 모터(112a, 112b) 사이에서 공급되는 전압을 분할하고 조절하는 역할을 할 것이고, 이는 차례로 그들 각각의 펌프(114a, 114b)의 출력을 제어할 것이다. 도 3의 이러한 구현예가 병렬 관계로 함께 적층된 2개의 DC 구동 양압 펌프를 갖는 것으로 도시되고 설명되지만, 2개 초과의 펌프 또는 이와 유사하거나 가변 용량이 본 출원에 개시된 제어 시스템의 작동 성능을 추가로 증가 및 다양화시키기 위해 이러한 방식으로 배열될 수 있는 것으로 예상된다.

도 4를 참조하면, 도 1에 도시된 제어 시스템(100)의 다른 버전이 예시되어 있다. 본 발명의 이러한 구현예에서, 도 1에 도시된 DC 모터(112) 및 AC-대-DC 변환기(124)는 브러시리스 스테퍼 모터(130), 모터 드라이버(132), 및 펄스 발생기(134)로 교체된다. 공급된 DC 전압을 조절하는 것에 의해서만 성능 출력이 기술적으로 제어되지 않지만, 당업자는 이러한 구현예를 DC 제어기의 유형으로서 분류할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 당업자는 다른 유형의 DC 제어 시스템에 대한 본 발명의 이러한 구현예의 유사점을 인식할 것이다.

이러한 구현예에서 구성요소의 기계적 및 공압적 출력은 전술한 DC 모터 구현예에서와 같이, 전기 신호 조절에 의해 정밀하게 제어된다. 그러나, 이러한 경우에 DC 전압을 조절하기보다는, 펄스 발생기(134)로부터 제어되는 전기 펄스는 변화되고, 브러시리스 스테퍼 모터(130)를 구동하는 모터 드라이버(132)에 공급된다. 더 구체적으로, 다양한 강도 및 길이를 갖는 전기 펄스가 모터의 자석에 의해 발생된 자기장의 정확한 움직임에 의해 스테퍼 모터(130)의 정밀한 회전을 제어하는 데 사용된다. 이는 모터 거동뿐만 아니라 정확하고 반복 가능한 시작/정지 거동을 정확하게 제어할 수 있게 한다. 스테퍼 모터의 기어와 같은 형상은 또한, 제어 시스템이 내장된 제어기의 일부로서 기어의 "단"의 수를 검증하는 것을 가능하게 하며, 이는 적어도 하나의 개별 센서(예컨대, 센서(118 또는 120))에 대한 필요성을 경감시킴으로써 시스템의 공압 성능을 제어하는 피드백 루프의 더 간단한 설계를 허용할 수 있다는 것을 당업자가 이해할 것이다.

도 4의 구현예가 하나의 모터 드라이버(132), 하나의 스테퍼 모터(130) 및 하나의 양압 펌프(114)를 갖는 것으로 도시되고 설명되지만, 이들 3개의 구성요소(132, 130, 114)의 그룹은, 예를 들어 도 5에 도시된 바와 같이 병렬 관계로 배열되어, 본 출원에 개시된 제어 시스템(100)의 작동 성능을 더욱 증가 및 다양화시킬 수 있다. 더 구체적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 제어기(110)는 모터 드라이버(132a), 스테퍼 모터(130a) 및 양압 펌프(114a)를 포함하는 제1 그룹의 구성요소뿐만 아니라 모터 드라이버(132b), 스테퍼 모터(130b) 및 양압 펌프(114b)를 포함하는 제2 병렬 그룹의 구성요소에 펄스 발생기(134)에 의해 공급되는 가변 펄스 신호를 전달하도록 구성될 수 있다. 제어기(110)는 시스템 요건을 충족시키기 위해 병렬 세트의 구성요소에 동일하거나 상이한 강도 또는 지속 시간 가변 펄스를 전달하도록 구성될 수 있다.

이제 본 발명에서 설명되는 본 발명의 다양한 구현예를 일반적으로 참조하면, 내장된 시스템 제어 분야의 당업자는 펌프와 같은 DC 구성요소에 공급되는 전압을 가변시킴으로써 구성요소 또는 시스템 거동을 공급, 조절 및 제어하는 여러 방법을 알 것이다. 요구되는 구성요소는 전력 공급 변환기 또는 배터리, 전위차계(DC 구성요소에 공급되는 제어 전압에 대한 회로 저항을 변화시킴), 컴퓨터 보드(예를 들어, Arduino 등), 영구 자석 모터 등을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.

전력 공급 변환기 또는 배터리는 전력 배출구 및 그리드에 의해 정상적으로 공급되는 교류 전류(AC)를 공급하기보다는 DC 구성요소에 직류(DC)를 공급하는 데 사용된다. DC 구성 요소에 공급되는 전압을 제어하는 것은 그의 성능 출력을 변화시킬 것이다. 예를 들어, 12 V DC 모터는 6 V로 공급될 때보다 10 V로 공급될 때 더 많은 전력을 출력할 것이다. 이러한 제어는 센서 측정 성능 출력(또는 일부 관련 메트릭(metric))이 반응에 따라 프로그래밍되는 컴퓨터 보드와 통신하는 루프 제어기를 통해 종종 달성된다. 컴퓨터 보드는 센서로부터의 데이터가 이러한 변경을 필요로 할 때 모터에 공급되는 가변 전력의 변경을 트리거링할 것이다.

본 발명의 방법 및 장치는 DC 구동 펌프의 공압 출력의 제어를 통해 실시간으로 공압 밀봉된 투관침에 공급되는 공압력을 조절한다. 도 1의 시스템(100)에서, 제어 루프는 3개의 주 구성요소, 즉 CPU 제어 보드(110), 펌프(114)를 구동하는 모터(112), 및 센서(118)를 중심으로 설계된다. 이러한 바람직한 구현예에서, 시스템(100)은 벽(배출구 공급부)으로부터의 AC 전류를 DC로 변환하는 변압기(124)로 구성된다. 대안적으로, AC 전류로부터 충전되고 DC 전력을 직접적으로 제공하는 배터리를 가질 수 있다. 이용 가능한 전력 공급부는 전력 공급된 구성요소의 정격을 충족하거나 초과해야 한다(예를 들어, DC 전력 공급부는 12 V 모터를 완전히 전력 공급하기 위해 12 V이어야 한다). 변환된 후, CPU는 얼마나 많은 전압을 모터(112)에 공급할지를 조절한다.

모터(112)로의 전압 변화는 CPU(110)에 다시 루프하는 센서(118)에 의해 기록된 펌프(114)의 압력 및 흐름 출력에 직접적으로 영향을 미칠 것이고, 이는 CPU에 시스템 성능을 알리고 필요에 따라 시스템(100)의 제어 및 조절을 계속하기 위해 응답하는 방법을 안내한다. 대안적으로, CPU(110)는 음압 센서(120)로부터의 데이터를 사용하여 진공 압력 및 가스 흐름을 가변시키고 제어하도록 모터(112)로의 전압 공급을 조절할 수 있다.

CPU(110)는 모터(112)에 공급되는 DC 전압을 조절하기 위해 전위차계와 같은 구성요소를 제어할 수 있다. 그러나, 전위차계는 설계에 추가 구성요소를 추가하고 효율 손실로부터 열과 에너지를 낭비할 수 있다. 바람직한 구현예는 펄스 폭 변조(PWM)을 사용하여 모터(112)로의 전압 공급을 제어할 수 있다. 이러한 제어 방법은 가변 시간 기간에 걸쳐 동일한 크기의 전압 펄스를 조절하여 "유효" 레벨의 전압 공급을 생성한다. 예를 들어, 12 V 전력 공급부의 PWM 제어는 더 긴 기간 펄스를 제어하여 10 V의 "평균" 공급부를 생성하는 반면에, 그와 동일한 12 V 전력 공급부의 PWM 제어는 더 짧은 기간 펄스를 제어하여 4 V의 "평균" 공급부를 생성할 것이다. 이들 펄스는 CPU(110)에 의해 켜지고 꺼질 수 있는 트랜지스터의 시간 제어에 의해 조절된다.

이러한 방법은 전위차계의 사용보다 더욱 정밀하고 더 효율적일 수 있다. 당업자는 PWM을 사용하는 것 외에도 정확한 전력 전달을 제어하고 가변시키는 다른 방법을 알 것이다. 대안적인 구현예는 도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 독립적인 DC 펌프를 통해 공압 밀봉된 투관침에 공급된 압력 및 진공을 독립적으로 제어할 수 있다. 이러한 구현예는 하나의 펌프(214)를 제어하는 것을 포함하여 공압 밀봉된 투관침(216) 및 별도의 펌프(314)에 양압 및 흐름을 제공하여 음압 균형을 제공하고 투관침(216) 반대로의 흐름을 복귀시킨다. 이러한 구현예는 과립 성능 제어의 새로운 패러다임을 허용할 수 있는 압력 흐름 및 복귀/진공 흐름에 대한 별도의 실시간, 독립 제어를 허용할 것이다. 이러한 구현예에서, 두 펌프는 모두 주변으로 개방될 것이고, 그들의 성능은 단일의 폐-루프 공압 회로에 의해 영향을 받지 않거나 제한되지 않을 것이다.

도 1의 이전 구현예(및 미국 특허 제8,715,219호에 개시된 시스템들)에서, 단일 펌프는 공압 회로의 한 면을 가압하고, 양면에 균형 잡힌 흐름을 생성하기 위해 회로의 다른 면에 흡입을 인가하면, 도 2에 도시된 이러한 대안적인 구현예는 시스템(200)이 압력 및 복귀 흐름을 상이한 유량으로 제어하게 할 것이다. 이러한 시스템은 전자 기계적 제어가 공압 밀봉된 투관침(216)의 성능에 대한 추가 제어 레버를 사용할 수 있게 한다. 압력 흐름 대 진공/복귀 흐름에 대한 균형을 변경하기 위해서 작은 규모 조정(아마도 0.1 L/분 정도)은 투관침(216)의 공압 성능의 더욱 조밀한 제어를 허용할 수 있음이 받아들여진다.

예를 들어, 루프 제어기가 작은, 양의 제어 편차(내장된 제어 시스템에서 측정된 성능과 목표 성능 사이의 차이)를 가지면, CPU(210)는 성능 균형을 위해서 압력 펌프(214)에 대해 0.1 L/분 증가를 요구하거나 흡입 펌프(314)에 대해 0.1 L/분 감소를 요구할 수 있지만, 이전에는 이들 2개의 유량 사이의 불균형을 생성하는 것이 불가능했다. 이러한 구현예는 그의 흡입을 위해 압력 펌프(214)가 주위로 개방되도록, 그리고 배기를 위해 진공/흡입 펌프(314)가 주위로 개방되도록 요구할 것이다. 압력 펌프(214)로의 개방 흡입 및 진공 펌프(314)로부터의 개방 배기 장치가 적합한 여과 장치 또는 요소를 통해 여과될 것으로 예상된다.

당업자는 공압 밀봉된 투관침의 공압 제어를 위한 AC 기반 시스템 대신 DC 기반 제어 시스템을 사용하는 데 많은 장점이 있다는 것을 쉽게 이해할 것이다. DC 기반 제어 시스템은 AC 기반 시스템보다 더 에너지 효율적이다. AC 펌프는 전기-기계적 제어 시스템의 작동 범위를 완전히 포함시키기 위해 초과 크기일 필요가 있다. AC 구성요소의 속성은 항상 완전히 "켜짐(on)"이라는 것이며, 이는 장치가 가동될 때마다 완전한 전력이 필요함을 의미한다.

DC 기반 시스템에서 펌프(들)는 필요한 정확한 레벨로만 전력을 공급해야 한다. 예를 들어, 시스템이 최대 100 L/분의 작동 범위를 가지지만, 사용 시나리오가 단지 20 L/분의 출력만 필요로 한다면, AC-기반 구현예는 단일 AC 펌프가 100 L/분(여기서 80 L/분은 전환됨)을 출력할 것을 요구하지만, DC-기반 구현예는 20 L/분을 출력하는 레벨에서만 DC 펌프에 전력을 공급할 수 있다. 이러한 배열은 에너지 효율이 높을 뿐만 아니라, 가동 기계 구성요소에 의해 발생하는 열과 소리를 감소시킨다. 그 결과, 설계에서 절연 구성요소를 감소시키거나 제거할 수 있다.

또한, AC 펌프 출력으로부터 흐름을 전환하기 위한 밸브/센서가 더 이상 필요하지 않으므로 더 적은 수의 구성요소를 허용할 수 있다. 더 적은 구성요소는 개발 공정 및 검증 테스트를 더 간소화하고 제품 및 개발 비용 둘 모두를 절감할 수 있다. 또한, DC 기반 제어 시스템의 사용은 전력 주파수가 AC 모터 및 펌프에 미치는 영향을 받지 않으며, 이에 따라 전세계의 상이한 전력망은 상이한 주파수(전형적으로 50 Hz 또는 60 Hz)에서 전력을 공급한다. AC 모터 또는 펌프에 전력을 공급할 때, 출력 성능은 주파수에 의해 약간 변경되는 반면에, DC 모터 또는 펌프는 주파수에 상관없이 동일한 거동을 생성할 수 있다.

마지막으로, 펌프와 같은 전형적인 AC 구성요소는 전력 공급부에 의존하는 반면에(펌프는 100/115 V 그리드 대 230 V 그리드에 대한 상이한 모델을 가질 수 있음), DC 펌프는 모터에 전력을 공급하기 위해 전력 변압기가 단지 입력 전압을 12 V로 변환할 필요가 있기 때문에 단일 글로벌 디자인을 가능하게 한다. 이는 재고 통제 및 제작 시 규모의 경제에 있어서 장점을 제공하며, 이는 제품 비용을 낮추게 할 것이다. 이는 또한, 상이한 전력망에 대한 각각의 장치의 다수의 버전을 개발, 검증, 및 문서화할 필요성을 제거할 수 있다.

본 개시가 바람직한 구현예를 참조하여 도시되고 설명되었지만, 당업자는 본 개시의 범주를 벗어남이 없이 본 발명에 대한 변경 및/또는 변형이 이루어질 수 있음을 쉽게 이해할 것이다.

Claims (19)

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4. 공압 밀봉된 투관침의 성능 범위를 제어하기 위한 시스템으로서,
   a) 적어도 하나의 DC 모터에 가변 DC 전압을 전달하기 위한 제어기;
   b) 공압 밀봉된 투관침에 작동식으로 연결된 적어도 하나의 펌프를 구동시키기 위해 제어기에 작동적으로 연결되는 적어도 하나의 DC 모터;
   c) 공압 밀봉된 투관침을 통해 가압 가스를 순환시키기 위해 상기 DC 모터에 의해 구동되는 적어도 하나의 펌프; 및
   d) 상기 적어도 하나의 펌프와 상기 공압 밀봉된 투관침 사이의 압력 및 흐름 매개변수 중 적어도 하나를 감지하여 적어도 하나의 피드백 제어 신호를 상기 제어기에 제공함으로써 상기 제어기가 상기 적어도 하나의 DC 모터에 전달되는 전압을 변화시켜 수술 절차 동안 상기 적어도 하나의 펌프의 출력 압력 및 흐름 중 적어도 하나에 영향을 미치게 하는 적어도 하나의 센서를 포함하고,
   상기 적어도 하나의 센서는 상기 적어도 하나의 펌프와 상기 공압 밀봉된 투관침의 입구 포트 사이의 양압 및 흐름 매개변수를 감지하여 상기 제어기에 제1 피드백 제어 신호를 제공하기 위한 제1 센서 및 상기 적어도 하나의 펌프와 상기 공압 밀봉된 투관침의 배출구 포트 사이의 음압 및 흐름 매개변수 중 적어도 하나를 감지하여 상기 제어기에 제2 피드백 제어 신호를 제공하기 위한 제2 센서를 포함하는 것인 시스템.
5. 제4항에 있어서,
   AC 입력 전압원 및 DC 전압을 상기 제어기에 공급하기 위한 AC-DC 변환기를 더 포함하는, 시스템.
6. 제4항에 있어서,
   수술 절차 동안 환자의 체강에 공압 밀봉된 접근을 제공하기 위해 상기 적어도 하나의 펌프에 연결된 공압 밀봉된 투관침을 더 포함하는, 시스템.
7. 삭제
8. 제4항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 DC 모터는 상기 공압 밀봉된 투관침에 연결된 양압 펌프를 구동하기 위한 제1 DC 모터 및 상기 공압 밀봉된 투관침에 연결된 음압 펌프를 구동하기 위한 제2 DC 모터를 포함하는, 시스템.
9. 제8항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 센서는 상기 양압 펌프와 상기 공압 밀봉된 투관침의 입구 포트 사이의 양압 및 흐름 매개변수 중 적어도 하나를 감지하여 상기 제어기에 제1 피드백 제어 신호를 제공하기 위한 제1 센서 및 상기 음압 펌프와 상기 공압 밀봉된 투관침의 배출구 포트 사이의 음압 및 흐름 매개변수 중 적어도 하나를 감지하여 상기 제어기에 제2 피드백 제어 신호를 제공하기 위한 제2 센서를 포함하는, 시스템.
10. 제4항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 펌프는 병렬로 배열되는 적어도 제1 및 제2 펌프를 포함하고, 상기 제어기는 시스템 요건을 충족시키기 위해 동일하거나 상이한 출력 레벨에서 상기 제1 펌프 및 상기 제2 펌프를 제어하도록 적응되고 구성되는, 시스템.
11. 제10항에 있어서,
    상기 적어도 제1 및 제2 펌프는 각각의 제1 및 제2 DC 모터에 의해 구동되는, 시스템.
    
    
    
    
    
    
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